轿车（两驱）后地板前段总成焊装夹具设计

张春燕，乔印虎，马云飞，陈杰平

(安徽科技学院 机电与车辆工程学院，安徽 凤阳 233100)

轿车（两驱）后地板前段总成焊装夹具设计

张春燕，乔印虎，马云飞，陈杰平

(安徽科技学院 机电与车辆工程学院，安徽 凤阳 233100)

以轿车后地板前段总成为对象进行夹具设计，应用CATIA软件设计三维汽车焊装夹具，通过计算、分析及软件进行干涉检查等方法保证夹具设计方案的优化和设计质量，同时，提高了设计效率，并实现夹具结构的合理化。

轿车后地板前段；装焊夹具；CATIA；应力分析；干涉检查

0 前言

焊装夹具是构成车身焊装生产线的核心，是保证车身焊接质量的重要因素，它影响着整个汽车的制造精度和生产周期，因此，焊装夹具的设计[1]尤为重要。

焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接，保证焊件结构精度方面要求的工艺装备。合理的夹具结构有利于合理安排流水线生产，便于平衡工位时间，降低非生产用时和生产成本，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着十分重要的作用[2]。在此应用CATIA软件对焊装夹具[3]进行结构优化设计。

1 后地板前段总成焊装夹具设计

1.1 工件分析

首先对工件进行分析，选定夹具的设计方案，选定之后应用CATIA软件设计出三维实体。后地板前段总成如图1所示，主要由后地板前段本体(厚0.7 mm)、后排座椅右前安装板总成(厚1.6 mm)、油箱维修口左加强板总成(厚1.8 mm)、油箱维修口右加强板总成(厚1.8 mm)、后排座椅左前安装板总成(厚1.6 mm)五部分组成。工件均为薄板件点焊，焊点共32个。

1.2 夹具设计

一个典型的夹紧单元通常包括L型板、支撑板、压头、夹紧块、调整垫片、铰链销、定位销、定位销调整块、限位块、连接块、气缸等部件，如图2所示。

夹具设计的关键是确定定位方案。轿车车体焊装夹具设计的原理采用六点定位原理，即限制每个被焊装工件的六个自由度，并夹紧，保证焊装的精度和质量，通常采用如图2所示的典型结构，其具体实现原理如图3所示，实线代表夹具压紧状态，虚线代表夹具打开状态。随着活塞杆的移动，压紧臂和气缸围绕支点转动，从而使工件被夹紧或取出。需要注意的是：在夹具打开时，为方便取出工件，要有一个合理的张开角度α。α主要与活塞杆的行程s和两支点的相对位置有关。所以在设计夹具时需注意合理布置支点的位置和气缸的选择，并保证零部件之间不发生碰撞[4]。根据夹具设计原理，应用CATIA设计该工位所有夹具单元[5]并进行干涉检查，在理论上保证夹具的合理性和可行性，设计完成的夹具单元如图4所示，装配图如图5所示。

图1 后地板前段总成(焊点32个)

图2 夹具典型结构

图3 夹具设计原理

图4 夹具单元装配

2 关键零部件的优化设计

夹具主要由加工件、标准加工件、外购件和标准件组成，夹具关键零部件的设计主要是指加工件，包括压紧块、支撑块、压紧臂、过渡块和连接板等[6]，其中决定夹具结构和性能指标的是连接板和压紧臂，所以本研究主要对压紧臂等进行结构优化设计[7-8]。压紧臂与上限位块和压紧块连接，在气缸的带动下往复运动。材料为45号钢，厚16 mm，热处理HRC38-43。压紧臂的设计要考虑在满足使用要求的前提下，减少材料浪费，有两种方案，如图6所示。

通过分析、比较这两种方案(见图7)，两种方案均能满足使用要求。

根据压紧臂受力分析(见图8)，由杠杆原理f1l1＝f2l2计算压紧臂的压力F和应力σ。

该单元气缸压力f＝100 kg×10 N／kg＝1 000 N，转化压紧臂给压块的压力F和应力σ为

试验证明，该单元气缸规格为100 kg；工件压紧力300～700 N，合格；Q235材料的许用应力值约160 MPa。

比较两种方案可知，材料用量基本相同；方案一加工工艺略微复杂；方案二受力较均匀、适中，既

图5 总装图

图6 压紧臂方案

图7 压紧臂结构分析

图8 压紧臂受力分析示意

图9 压紧臂工程三视图

3 输出工程图

确定方案后，输出压紧臂工程图如图9所示。

4 结论

以轿车后地板前段总成为对象，应用CATIA软件设计三维汽车焊装夹具，通过计算、分析和软件方法相结合进行干涉检查、运动仿真等，保证夹具设计方案的优化，在保证设计质量的同时，提高了设计效率，同时实现夹具结构的标准化、合理化。

[1]赵显阳.白车身焊装夹具的设计及点焊机器人的焊接仿真[D].成都：电子科技大学，2007.

[2]肖永清.汽车的发展与未来[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]蔡 瑾，段国林.夹具设计技术发展综述[J].河北工业大学学报，2002，31(5)：35-40.

[4]林忠钦.汽车车身制造质量控制技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[5]赵 静，张俊华.汽车车身焊装生产线和焊装夹具简介[J].现代制造技术与装备，2007(1)：51-53.

[6]张世昌，李 旦，高 航.机械制造技术基础(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2002.

[7]李丽霞.LG-1汽车车身焊装系统夹具的开发[D].天津：天津大学机械学院，2007.

[8]曲 智.CATIA V5在汽车白车身焊装与检验夹具设计中的应用[J].机械设计，2004(3)：66-68.

Design of welding and assembling fixture design for automobile rear floor front section

ZHANG Chun-yan，QIAO Yin-hu，MA Yun-fei，CHEN Jie-ping
(Engineering of Mechatronics and Vehicle，Anhui Science and Technology University，Fengyang 233100，China)

In this paper，the car rear floor front section is the object of fixture design and to design the fixture with CATIA，fixture design optimization and design quality are ensured by calculation，analysis and software combined with other methods.At the same time，the design efficiency is improved and rationalization of the fixture structure is achieved.

car rear floor front section；assembly and welding jig；CATIA；stress analysis；interference checking

TG431

A

1001-2303(2012)07-0040-04

2012-01-07

国家自然科学基金资助项目(61164012)；安徽科技学院重点建设学科资助项目(AKXK20102-5)；安徽省教育厅基金资助项目(KJ2010B051)

张春燕(1983—)，女，陕西榆林人，硕士，助教，主要从事计算机辅助设计与制造、模具设计、热加工工艺方面的教学与科研工作。